一款重型商用车双油箱传感器的电路设计研究

骆 杨

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

传感器在工业生产、电子设计、汽车领域等有着不可替代的角色。常用的传感器有高分子传感器、红外吸收型传感器、离子传感器、光电传感器等[1]。传感器的原理是由敏感元件、转换原件、转换电路以及接收元件组成[2]，也就是将输入信号转换为电信号再经过滤波、放大等处理环节使输出信号变得直观。

在汽车的燃油量的显示中，传感器也承担着较为重要的角色。油量传感器将燃油量的多少转换为电压信号，再与报警电路连接即当油量不足时会有相应的显示。文章研究在双油箱汽车中如何设计将油量大小通过电压信号显示的传感器。该传感器会显示两个油箱分别的油量以及总油量。

双油箱油量传感器先对于单油箱增加一个液位传感器及加法器电路模块，电路控制算法相对于单油箱较复杂。文章基于一款重型商用车双油箱传感器的开发匹配过程中，对传感器的控制电路进行研究开发。

1 直接测量油量的传感机构分析

在此方案中要使燃油量转换为电信号，先将其转换成位移信号。可以用电阻式位移传感器直接测量油量多少，电阻上的滑片与电阻接触的位置会根据燃油液面高度的变化而变化，且滑片位移与燃油液面高度变化呈线性关系，如图1所示。RW1与RW2可以为总电阻值不同的电阻式位移传感器，电阻上的滑片位置会因油量的减少而向下滑动。当油量为最大时，滑片处于最高位置，随着油量减小，滑片下滑量会与燃油变化量呈正比关系，当油量为零时，滑片滑动到最低位置。图2为油箱传感器插入油箱内部的草图。

图1

图2

2 将油量信号转换为电信号的设计分析

2.1 如图3所示，将两个油箱的油量对应的可变电阻（RW1

与RW2）的滑片位置信号转变为电压信号（U1与U2）

图3

根据图2中的电路布置，我们默认主油箱容积是副油箱的三倍。主油箱对应的可变电阻为RW1（最大值3KΩ），副油箱为RW2（最大值1KΩ）。RW1与RW2滑片向下位移与对应的油箱燃油减少量呈正比。从图2电路中可以看出主油箱在燃油装满时RW1上滑片位置处于最高且对应的电压U1为7.5V（由XMM1测出），同理，副油箱燃油装满时RW2上滑片位置处于最高且对应电压U2为2.5V（由XMM2测出）。总观图2可以得出：不管是哪一个油箱，滑片位置对应的电压减小量与燃油减少量的比值都是唯一的。假设主油箱油量为Q1，副油箱油量为Q2，则U1＝K·Q1，U2＝K·Q2；K为一个常数项系数，其意义表示同一时刻某个油箱的油量与当时对应的电压表测出的电压值的比值。

2.2 将U1与U2通过“LM358组成的加法器电路”输出U3＝U1＋U2从而得出两个燃油箱的油量之和如图4

将U1和U2通过由LM358组成的正向集成运算放大器将U1和U2放大为原来的两倍，再通过电阻分压得到放大之后得到两个放大后电压的中间电压值U3（由XMM3测量）。从而形成加法器电路，结果为U3=U2+U1。即U3电压值表示两个燃油箱的总油量。

图4

2.3 油量下限报警装置设计

当油量低于某个量时，车内会出现报警现象。在此装置中对两个油箱可以分别设置为当油量不足20%时出现报警。照这样计算，对于图一中 U1＜1.5V出现主油箱油量不足报警、U2＜0.5V出现副油箱油量不足报警。用LM358作为单限比较器则电路应该如图5。

图5

LS1与LS2为无源蜂鸣器，LED1与LED2为发光二极管其作用为油量不足指示灯。当主油箱油量低于下限（20%），LED1亮且LS1响一次；当副油箱油量低于下限（20%），LED2亮且LS2响一次。

2.4 总体电路布置如图6

图6

图6所示的总体电路布置图分别可以显示主油箱和副油箱的油量以及主副油箱的总油量，可以分别使两个油量小于总油量的20%的时候提示油量不足。将油量信号转换为电信号从而使驾乘人员更直观的看出油量的多少以及变化情况。

3 结论

文章从燃油量信号分析、位移传感器的特性以及其他信号转换为电信号的应用，研究了如何通过信号之间相互转换以及电路布置更直观的反映出汽车燃油量的多少以及变化情况。该电路布置也巧妙地运用了线性系统和数字系统的优势使电路设计变得更加简洁，且为确保提醒驾乘人员注意油量不足，应该使用发光二极管作为油量不足指示灯和无源蜂鸣器作为汽车仪表台声音报警装置。